基于AHM的地下工程安全风险的研究

摘 要：为做好地下工程安全风险管控，确保地下工程安全顺利完成，本文通过属性层次分析法（AHM），结合地下工程自身特点和施工实际，建立了地下工程安全风险评价指标体系，确定指标权重，进行数据分析，根据分析结果提出抓好安全管控重点的建议措施。

关键词：地下工程;属性层次分析法;安全风险评估

0 绪论

随着中国经济的快速增长和城镇化加速推进，我国地下工程领域得到了极大地发展，新增地下工程类型多、规模巨大，发展速度处于世界领先水平。与此同时，由于地质结构复杂，施工难度大，施工空间有限，安全风险源非常集中，因此地下工程与地下空间建设过程中容易发生岩爆、大变形与大面积塌方、地表沉陷等地质与工程灾害事故，造成人员伤亡、设备损失、工程失效和环境污染等严重后果，所以地下工程安全风险管控是地下工程建设的重要前提和保证，地下工程的安全建设与风险管理已成为国内外专家关注的重要问题。

本文以A项目为例，基于属性层次分析法对地下工程施工过程中的安全风险进行评估，提出整改方案，做好地下工程安全管控。

1 工程概况和安全风险辨析

1.1工程概况

A项目为某地下筒体与巷道项目，位于湿陷性黄土地区，项目巷道全长 4.5 千米，施工工期 4年，项目投资额12 亿元。

1.2 安全风险辨析

结合工程实际，对于可能发生的安全风险原因分析如下：

1.环境因素

地下设计和施工与工程自然环境息息相关：如地质条件、岩土性质、气候变化、地下水动态等。加之，地下工程不确定因素非常多，如岩土性质个体差异大，勘察数据离散性大等。任一环节出错，都有可能导致工程安全事故的发生。

A项目所在地属于湿陷性黄土地区，地层局部夹粉质黏土和碎散岩石，地质条件复杂。施工场地比较狭小，施工条件差，湿陷性黄土地区地下工程施工时对侧壁稳定和变形控制要求极高，难度非常大。同时，湿陷性黄土地区的地下工程施工需考虑降雨、周边堆载、振动等许多不利条件，安全度的随机性较大，因此，湿陷性黄土地区地下工程施工安全事故的发生往往具有突然性，难以防范。

2.地质勘察与设计因素

地质勘察与设计因素是地下工程安全施工的前提和基础。要确保安全施工，必须着重注意以下几个方面：

（1）地质勘察资料完整性和准确性。不能只针对主体结构进行地质勘测，地质勘查的范围应包括地下周边布孔范围内所有区域;若为深地下，则在条件允许情况下，应对地下地下工程范围外侧 10～30 米范围内进行地质勘查。根据工程建设实际，建设单位应就建设范围、建筑类型等情况，与地质勘查够用协调，确保地质勘查资料的针对性、准确性。地质勘查单位应在充分了解建设单位意图基础上，按照地质勘查作业规范要求，保证所提交勘查资料的准确性和完整性。地质勘查资料中应当包括范围内及建（构）筑物基础形式、具体位置等，如河流（涌）、地下贮水池等的类型、埋深等。

（2）设计的针对性。应在充分了解建设单位意图、了解建设场地实际条件基础上进行设计，应在充分考虑地下周边地质条件、环境条件（包括周边地上及地下建（构）筑实际情况）、开挖深度的基础上进行地下的支护、开挖方案设计。若上述条件发生变化，则支护、开挖方案也应相应变化，以确保方案的合理性，安全性、可行性及经济性。

3.施工因素

施工过程中容易产生安全事故的情况有：抢工期;超挖;超载;硐室內浸水，导致支护结构倒塌;以及施工不按设计要求施工等原因导致。A项目硐室结构复杂，由于功能决定结构，复杂的预设功能造成该地下设施的结构负责，交叉硐室较多，会影响地下土体稳定性，加之该项目面临着工期较短，施工进度紧张的情况。因此，施工单位在施工时，应注意以下几个方面：

（1）施工周边环境资料与设计图纸的一致性。施工单位在地下施工前，应先对周边环境资料按设计图纸先核实，特别是地下建（构）筑物和地下管线，一旦发现与设计图纸不符，应及时通知设计进行设计变更、确保地下安全。由于施工不慎引起地下排水管、电缆线、煤气管等破坏，是地下工程常见的事故之一。

（2）设计参考的地质资料与实际开挖所揭露的地质资料的一致性。地质资料是硐室衬砌方案设计的最重要的依据之一，不同的地质条件，同样的衬砌方案，方案的安全度也不同。因此，在地下土方开挖过程中，若发现实际开挖的地质条件与设计所参考的地质资料不同，应及时向设计反映，从而对原方案进行优化。

（3）支护结构施工质量能否满足设计要求。应验证：锚索抗拔力是否能达到设计要求;预应力锚索（杆）的锁定力能否达到设计要求;衬砌质量能否达到设计要求;止水结构能否满足止水要求等。

4.管理因素

除上述几项导致地下工程事故发生的原因外，未实施量测监控和信息反馈系统、未建立完善的安全责任体系、未编制科学的技术方案、未建立高效的安全管理运行机制、处罚力度和案例教育不够等不科学的管理因素也是导致地下工程安全事故发生的主要原因。

2 属性层次综合评价模型构建

2.1  AHM赋权法确定指标权重

任意体系的指标相对于总目标的重要性程度用权重来表示，权重的差异会导致综合评价结果的不同，因此确定权重的方法关乎整个评价体系的最终结果。属性层次分析法（AHM）不仅继承了层析分析法（AHP）的优点，还无需计算特征向量以及进行一致性检验，是一种计算简单、运用简便的权重计算方法。其原理和计算过程如下：

定义：设对于准则层C，有n个指标，比较和的相对重要性和，在属性测度前提下，和需满足：

其中，，其中称为相对属性测度，矩阵称为属性判断矩阵。若满足：，有，则称通过一致性检验。这里可通过AHP中的判断矩阵进行转换得到，转换公式如下：

2.2指标体系建立

根据安全风险原因分析，选取4大因素，14个方面作为地下工程安全风险评估的重要指标，建立地下工程安全风险评估指标体系。如表2.：

2.2 各指标权重确定

对指标进行重要度评价，再用式（1）转换求得目标层相对于准则层的相对属性测度uij，构建出属性判断矩阵（uij），根据式（2）计算相对属性权Wc。如表3：

通过AHM得到的综合指标权重为：

按照以上相同方法计算二级指标，可得地下工程安全风险评估指标体系指标权重。如表4：

根据数据分析结果，A项目在安全风险评估指标体系中的重点是支护结构施工质量能否满足设计要求和科学合理施工，所以本文两个方面进行探讨，针对性提出建议：

2.3 数据分析

根据地下工程安全风险评估指标体系指标权重，建立指标体系影响程度评价集，将二级指标按照综合权重分为非常重要（0.10，0.15），重要（0.05，0.10），和一般（0，0.05）3个等级，分别代表对地下工程安全影响非常大，应实时掌控的因素;对地下工程安全影响较大，应重点把握的因素;对地下工程安全影响一般，应着重关注的因素。

对于A项目安全评估体系而言，非常重要要素有2个，重要要素有8个，一般要素有4个。

3 措施建议

（1）施工过程模拟

针对湿陷性黄体地区地下局部狭小空间交叉硐室国内外缺乏相关资料和经验，施工前提前做好理论分析和建立数值模型，根据开挖中的地层情况预判前方地层情况，及时调整模型参数，指导后续的施工。

（2）加强监测和反馈

建立硐室变形、支护结构应力等实时监测系统，及时反馈监测数据，合理设定报警值。一方面通过监测数据修正模型参数，使模拟结果与实际施工阶段趋于一致，并通过树值模拟对监测中的突变反馈进行分析和判断，指导后续施工措施的制定。另一方面通过变形监测，及时发送报警信息，遇紧急情况为人员安全撤离赢得时间。

（3）超前支护与衬砌支撑

为避免湿陷性黄土地区局部出现地下水险情，对掌子面前方进行超前管棚支护，开挖完成后及时进行衬砌支撑，保证超前支护与衬砌支撑工序衔接紧密。

4 结束语

本文基于属性层次分析法对地下工程的安全安全风险进行了分析评价，通过分析确定了A项目的安全管控重点，本文就安全管控重点进行了深入分析并提出了数据模拟、预警监测等方面的建议。

参考文献

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作者簡介：吴昊（1987.06—），男，汉族，籍贯：山西应县，研究生在读，研究方向：工程风险管理，单位：国防大学。